JP3453834B2 - ウエハチャック装置および半導体製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は半導体装置の基体を構
成するウエハを保持するウエハチャック装置および反応
ガスとの熱化学反応にてウエハの表面に薄膜を形成する
半導体装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２３のａ図は例えば特開平２−６７７
４５号公報に示された従来の真空チャックタイプのウエ
ハチャック装置を示す上面図、同ｂ図はａ図のＡ−Ａ線
断面図である。この図２３において、５１はカーボンあ
るいはＳｉＣなどで構成され真空チャック機能を有する
サセプタ、５２はサセプタ５１の平坦なウエハ受容面、
５３はウエハ受容面５２に形成された真空吸引溝、５４
はウエハ受容面５２の中心において真空吸引溝５３に連
通するようにサセプタ５１に形成された真空吸引孔であ
る。したがって、このウエハチャック装置においてｂ図
に仮想線に示すようにウエハ５５を保持するには、サセ
プタ５１のウエハ受容面５２にウエハ５５を載せ、真空
吸引孔５４に接続された図外の真空ポンプを含む真空排
気系統を起動して真空吸引溝５３の吸引を開始すると、
真空吸引溝５３内の圧力と外部圧力との間に生じる圧力
差によってウエハ５５がサセプタ５１のウエハ受容面５
２に吸着固定される。

【０００３】図２４は例えば特開平３−２８７７０号公
報に示された従来の枚葉式の半導体製造装置を示す縦断
面図である。この図２４では上記図１９と同一部分に同
一符号を付してある。この図２４において、６１はチャ
ンバ、６２はチャンバ６１の下部に区画される反応室、
６３はチャンバ６１の上部に区画されるヒータ室、６４
は反応室６２とヒータ室６３との境に設置されたサセプ
タ５１上に配置されたヒータ、６５は反応ガス導入孔、
６６は希釈ガス導入孔、６７はガスノズル、６８はガス
ノズル６７とサセプタ５１に保持されたウエハ５５との
間の反応空間、６９はガス排気孔である。したがって、
この半導体製造装置において、仮想線で示したウエハ５
５にＳｉＮの薄膜を形成するには、図外の反応ガス供給
系統および希釈ガス供給系統のバルブを通してダミーの
不活性ガスを流し、図外の真空排気バルブを調整して、
所定の圧力に維持した状態で、図外のウエハ待機室も同
様の圧力に調整する。次に反応室６２を密封構成するチ
ャンバ６１の側面を開き、図外の搬送装置によってウエ
ハ５５を反応室６２内のサセプタ５１の真下に搬送して
きて上昇させてサセプタ５１の下面に接触または接触す
る程度の近傍に配置し、サセプタ５１に開口している図
外の真空吸引孔から真空排気することによってウエハ５
５をサセプタ５１に吸着固定し、上記チャンバ６１の側
面を閉じて収納室を密封構成する。そして、ヒータ６４
でウエハ５５を６００℃から８００℃の高温に加熱し、
ガスノズル６７から反応空間６８に反応ガスと希釈ガス
とを供給すると、この反応ガスがウエハ５５上で熱化学
反応を起こしウエハ５５上に薄膜が形成される。この薄
膜形成に作用した反応ガスと希釈ガスとはガス排気孔６
９から反応室６２外に排出される。その後、上記サセプ
タ５１の真空吸引孔に不活性ガスを導入し、図外のリー
クバルブを閉じ、チャンバ６１の側面を開き、上記不活
性ガスの噴射でウエハ５５をサセプタ５１から図外の搬
送装置に落下させ、ウエハ５５を搬送装置に載せて収納
室から搬出する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記図２３に示した従
来の真空チャックタイプのウエハチャック装置はサセプ
タ５１の平坦なウエハ受容面５２に複数の真空吸引溝５
３を同心円状に形成した構成であるので、ウエハへの薄
膜形成に際しては、ヒータ６４（図２４参照）の熱がサ
セプタ５１からウエハ５５に均一に伝達されずらく、ウ
エハ５５に形成された薄膜の厚さが均一になりにくいと
いう問題があった。具体的には、図２５示すように、ウ
エハ５５の厚み方向（側面）およびウエハ５５の外周面
からウエハ５５のまわりに離間配置された周辺低温部７
０に向けての輻射による放熱によって、ウエハ５５の外
周部の膜厚が低下する。また、サセプタ５１のウエハ５
５と接触していない真空吸引溝５３からは熱がウエハ５
５に輻射およびガス伝熱でしか供給されないことから、
ウエハ５５の真空吸引溝５３に対応した部分の温度が低
くなり膜厚が低下する。また、サセプタ５１内の真空吸
引孔５４においても熱の伝達が悪く、ウエハ５５の温度
分布が均一にならず、均一な膜厚分布が得られない。

【０００５】加えて、上記真空チャックタイプのウエハ
チャック装置においてはサセプタ５１にウエハ５５を次
々と装着して成膜（ウエハ５５への薄膜の形成）を繰り
返し行った場合、初めのうちはサセプタ５１の表面全面
はカーボンあるいはＳｉＣであるが、成膜を重ねて行く
うちサセプタ５１のウエハ受容面５２以外の表面にウエ
ハ５５に形成する薄膜と同種の膜がコ−ティングされて
くる。このように成膜が繰り返されると、サセプタ５１
のウエハ受容面５２の周辺部の表面の材質および性状が
時間とともに変化することから輻射による熱の流れが変
わり、結果としてウエハ５５上の温度分布も変化して膜
厚分布の再現性が低下するという問題もあった。

【０００６】上記図２４に示した従来の半導体製造装置
においては、ウエハ５５に対向するガスノズル６７の上
面（ガスノズルヘッド）の温度はサセプタ５１からの放
熱を受けて中央部が高くなり、外周部にいくほど低くな
り、ウエハ５５からの輻射による放熱によってウエハ５
５上の温度分布も同様にウエハ５５の外周部において低
くなり、均一な膜厚分布が得られないという問題があっ
た。反応ガスとしてＳｉＨ_２Ｃｌ_２とＮＨ_３とを用いて
シリコン窒化膜を形成する場合、全圧を１０〜１００Ｔ
ｏｒｒとし、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２の分圧を０．２〜１Ｔｏｒ
ｒ、ＮＨ_３の分圧をその４〜６倍程度とし、残りの分圧
をＨ_２あるいはＮ_２の希釈ガスとするのが一般的であ
る。しかし、サセプタ５１の真空吸引溝５３（図２３参
照）や真空吸引孔５４（図２３参照）などの熱伝達が不
十分な箇所あるいはサセプタ５１のウエハ５５の外周部
との接触面間などにＨ_２のような熱伝導率の高いガスが
流入する場合はこれに対応してウエハ５５の表面温度が
低下する影響もでにくいが、Ｈ_２ガスは爆縮の心配があ
ることから希釈ガスとして適当とは言えない。また、Ｎ
_２のよう熱伝導率の低いガスが流入する場合はこれに対
応してウエハ５５の表面温度が低くなり、均一な膜厚分
布が得られないという問題もあった。

【０００７】加えて、上記半導体製造装置には、サセプ
タ５１のウエハ受容面５２（図２３参照）以外の表面お
よびガスノズル６７の表面の高温部は反応ガスにさらさ
れて膜が成長し、この成長した膜はウエハ５５がサセプ
タ５１から外れた後に真空吸引溝５３（図２３参照）か
ら吹き出る不活性ガスによって吹き上げられ、この吹き
上げられた膜がウエハ５５にダストとして付着するとい
う問題もあった。

【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、その第１の目的はウエハを均一に
加熱し、均一な膜厚を有する薄膜をウエハに形成するこ
とであり、第２の目的は均一な薄膜の再現性を良くする
ことであり、第３の目的は成膜後のウエハをダウトから
保護することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 請求項１に記載した第１
の発明に係るウエハチャック装置は、半導体装置の基体
を構成するウエハを平坦なウエハ受容面に真空吸着にて
保持するサセプタの内部に、熱伝導率の高いガスまたは
熱伝導率の高いガスに熱分解するガスを導入するための
高熱伝導ガス導入路が形成され、この高熱伝導ガス導入
路がウエハの真空吸着用のガス真空吸引通路に連通され
る構成としたものである。

【００１０】請求項２に記載した第２の発明に係る半導
体製造方法は、反応室内にガスノズルとウエハチャック
とを有し、このガスノズルから反応ガスを半導体装置の
基体を構成するウエハの表面に供給し、この反応ガスの
熱化学反応にてウエハの表面に薄膜を形成する半導体製
造装置において、上記ウエハチャックが請求項１記載の
ウエハチャック装置であり、上記ガスノズルの外周部に
は反応室を構成するチャンバおよびウエハと離間断熱さ
れたガスノズルハットが設けられる構成としたものであ
る。

【００１１】請求項３に記載した第３の発明に係る半導
体製造装置は、反応ガスを半導体装置の基体を構成する
ウエハの表面に供給するガスノズルに、ウエハ表面に形
成される薄膜と同種の熱輻射安定膜をコーティンする際
に、同ガスノズルをウエハの表面に薄膜を形成するとき
よりも上記ウエハ加熱源に近づける上下駆動機構を備え
た構成としたものである。

【００１２】

【作用】 第１の発明のウエハチャック装置は、サセプタ
でウエハを保持し、反応ガスとの熱化学反応にてウエハ
の表面に薄膜を形成する場合、高熱伝導ガス導入路が熱
伝導率の高いガス、あるいは熱分解により熱伝導率の高
いガスに分解するガスを真空吸引通路に供給して真空吸
引通路の熱伝達率を改善し、ウエハの表面温度が時間的
に揺らぐことを阻止し、ウエハに形成される薄膜が均一
な膜厚分布再現性がよくなる。

【００１３】第２の発明の半導体製造装置は、ガスノズ
ルハットがウエハからガスノズル方向への輻射による熱
放散をウエハの内外周で均一にするため、ウエハが均一
な温度分布となり、ウエハに形成される薄膜が均一な膜
厚分布となる。

【００１４】第３の発明の半導体製造装置は、ガスノズ
ルをウエハ加熱源に近づけて熱輻射安定膜を形成するの
で、熱輻射安定膜のコーティングが迅速に行える。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の各実施例を図１乃至図２２
を用いて説明する。 実施例１． 図１はこの発明の実施例１としての爪チャックタイプの
ウエハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ図
はｂ図のＡ−Ａ線断面図、ｂ図は下面図である。この図
１において、サセプタ１はＳｉＣ、Ｃ、ＡｌＮ、ＳＵ
Ｓ、インコネル、Ａｌ_２Ｏ_３などの素材によって仮想線
で示すウエハ２よりも大きな外径を有する短円柱体に形
成され、このサセプタ１の下面は平坦なウエハ受容面３
になっており、このウエハ受容面３にはウエハ２の外径
よりも少し小さな外径を有する凹部４がウエハ受容面３
と同軸またはほぼ同軸に設けられ、この凹部４は例えば
１００μｍ〜５００μｍ程度の座ぐりに形成される。こ
のサセプタ１はｂ図に仮想線で示したウエハクランプ爪
５とでウエハ２を挟持する爪チャックタイプのウエハチ
ャック装置を構成する。このウエハクランプ爪５はウエ
ハ受容面３の外周に対し等分配置されている。

【００１６】したがって、この実施例１のサセプタ１は
ウエハクランプ爪５とでウエハ２をａ図に仮想線で示す
ように挟持した場合、ウエハ２の外周部全域がウエハ受
容面３に同一幅をもって接触し、熱がサセプタ１からウ
エハ２の外周部に均一に伝達する。結果として、このサ
セプタ１を反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面
に薄膜を形成する半導体製造装置に使用した場合、ウエ
ハ２が均一に加熱されて均一な膜厚分布の薄膜を形成す
ることができる。

【００１７】実施例２． 図２はこの発明の実施例２としての真空チャックタイプ
のウエハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ
図のｂ図のＡ−Ａ線断面図、ｂ図は下面図である。この
図２において、サセプタ１ＡはカーボンやＳｉＣなどの
素材によって仮想線で示すウエハ２よりも大きな外径を
有する短円柱体に形成され、このサセプタ１Ａの下面は
平坦なウエハ受容面３になっており、このウエハ受容面
３にはウエハ２の外径よりも少し小さな外径を有する凹
部４がウエハ受容面３と同軸またはほぼ同軸に設けら
れ、この凹部４は例えば１００μｍ〜５００μｍ程度の
座ぐりに形成される。この凹部４の底面中央部には突起
６が設けられ、この突起６の突出面がサセプタ１Ａの下
面に残存するウエハ受容面３と同一またはほぼ同一とな
るように、凹部４の底面からの突起６の突出寸法Ｌが設
定されている。また、凹部４の底面には複数の真空吸引
孔７が突起６を中心と同心円上に等分配置して形成さ
れ、これら複数の真空吸引孔７はａ図に示すようにサセ
プタ１Ａの内部に円形に形成された空洞部８に貫通して
いる。この空洞部８の周面にはサセプタ１Ａの外周面に
貫通する真空吸引路９が形成されている。このサセプタ
１Ａはａ図に示すＢ−Ｂ線部分で上下に二分割された分
割体から単体に構成される。具体的には上下の分割体そ
れぞれに凹部４、真空吸引孔７、空洞部８および真空吸
引路９などを形成し、その上下の分割体の分割面を摺り
合わせ加工して重合して単体のサセプタ１Ａとし、この
サセプタ１Ａの外周部を図外の反応ガスとの熱化学反応
にてウエハ２の表面に薄膜を形成する半導体装置のサセ
プタ支持部材で上下より挟持する。この図外のサセプタ
支持部材は反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面
に薄膜を形成する半導体装置のチャンバに固定されてい
る。この挟持状態において、上記真空吸引路９のサセプ
タ１Ａの外周面側開口が図外の真空ポンプの吸引口部に
真空バルブや排気管路などの排気系統を介して接続され
る。

【００１８】したがって、この実施例２のサセプタ１Ａ
はｂ図に仮想線に示すようにウエハ２を保持するには、
サセプタ１Ａのウエハ受容面３にウエハ２を接触または
接触する程度の近傍に配置し、図外の真空ポンプを起動
して真空吸引路９、空洞部８および凹部４の排気を開始
すると、凹部４内の圧力と外部圧力との間に生じる圧力
差によってウエハ２がサセプタ１Ａのウエハ受容面３に
吸着固定される。よって、このサセプタ１Ａは真空吸引
でウエハ２をｂ図に仮想線に示すように保持した場合、
ウエハ２の外周部全域がウエハ受容面３に同一幅をもっ
て接触し、熱がサセプタ１Ａからウエハ２に均一に伝達
する。結果として、このサセプタ１Ａを図外の反応ガス
との熱化学反応にてウエハ２の表面に薄膜を形成する半
導体装置に使用した場合、ウエハ２の表面温度が均一と
なり、ウエハ２の表面には均一な膜厚分布の薄膜が形成
できる。また、このサセプタ１Ａは凹部４の底部に突起
６を有しているので、ウエハ２の吸引固定時におけるウ
エハ２の反りを阻止できる。この突起６は凹部４の底面
の中央部に設けた例を図示して説明したが、この突起６
はウエハ２の反りを阻止できる範囲で複数個点在配置
し、サセプタ１Ａからウエハ２への熱伝達性能とウエハ
２の反り防止とが、より一層両立できるようにすること
も可能である。

【００１９】実施例３． 図３はこの発明の実施例３としての真空チャックタイプ
のウエハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ
図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図、ｂ図はａ
図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図である。図４はこ
の実施例３のウエハへの薄膜の形成に際し反応室にガス
を供給するタイミングを示すガスシーケンスである。図
３において、サセプタ１Ａのウエハ２よりも大きな外径
を有する平坦なウエハ受容面３には複数の真空吸引孔７
がウエハ受容面３の中心を中心とする複数の同心円上に
等分配置して形成され、これら複数の真空吸引孔７のう
ちで最外周円上以外の同心円上に位置する真空吸引孔７
はａ図に示すようにサセプタ１Ａの内部に形成された空
洞部８に貫通している。この空洞部８はウエハ受容面３
と同軸またはほぼ同軸の円形になっており、この空洞部
８の内周面にはサセプタ１Ａの外周面に貫通する真空吸
引路９が形成され、この空洞部８の内上面には希釈ガス
導入路１０が形成され、この希釈ガス導入路１０はサセ
プタ１Ａの外周面に貫通している。また、上記最外周円
上に位置する真空吸引孔７はａ図に示すようにサセプタ
１Ａの内部においてサセプタ１Ａの外周面に貫通する真
空吸引路１１が接続されている。このサセプタ１Ａはａ
図に示すＢ−Ｂ線部分で上下に二分割された分割体から
単体に構成されている。具体的には上下の分割体それぞ
れに真空吸引孔７、空洞部８および真空吸引路９，１１
などを形成し、その上下の分割体の分割面を摺り合わせ
加工して重合して単体のサセプタ１Ａとし、このサセプ
タ１Ａの外周部を図外の反応ガスとの熱化学反応にてウ
エハ２の表面に薄膜を形成する半導体製造装置のサセプ
タ支持部材で上下より挟持する。この挟持状態におい
て、上記真空吸引路９，１１のサセプタ１Ａの外周面側
開口が図外の真空ポンプの吸引口部に真空バルブや排気
管路などの真空排気系統を介して接続され、上記希釈ガ
ス導入路１０のサセプタ１Ａ外周面側が図外の希釈供給
ボンベの出口部にガスバルブや供給管路などの供給系統
を介して接続される。よって、サセプタ１Ａのウエハ受
容面３にウエハ２を接触または接触する程度の近傍に配
置し、図外の真空ポンプを起動して真空吸引路９，１
１、空洞部８および真空吸引孔７の排気を開始すると、
複数の真空吸引孔７内の圧力と外部圧力との間に生じる
圧力差によってウエハ２がサセプタ１Ａのウエハ受容面
３に吸着固定される。

【００２０】したがって、この実施例３によれば、サセ
プタ１Ａはウエハ受容面３と同軸またはほぼ同軸に形成
された空洞部８を有しているので、上記真空吸引でウエ
ハ２をａ図に仮想線で示すように保持し、図外の半導体
製造装置で反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面
に薄膜を形成する場合、サセプタ１Ａの中央部の温度分
布のばらつきが緩和されるとともにサセプタ１Ａの外周
部に熱が積極的に供給され、熱がサセプタ１Ａのウエハ
受容面３の全体に均一に伝達する。結果として、ウエハ
２が均一に加熱されて、均一な膜厚分布の薄膜がウエハ
２の表面に形成できる。この成膜に際し、ガスは図４の
ガスシーケンスに示すタイミング下で、Ｎ_２→ＮＨ_３／
Ｎ_２→ＮＨ_３／ＳｉＨ_２Ｃｌ_２／Ｎ_２（成膜）→ＮＨ_３
／Ｎ_２→Ｎ_２と変化するが、このサセプタ１Ａは空洞部
８に連通する希釈ガス導入路１０を有しているので、こ
の希釈ガス導入路１０から空洞部８内に希釈ガスが供給
される。この希釈ガスは空洞部８内に吸い込まれる反応
室内のガスの混合比が時間とともにほとんど変化しない
ように一定に保つ。結果として、ウエハ２の表面温度は
時間的に揺らぐことはなくなり、ウエハ２の表面には均
一な膜厚分布の薄膜が再現性よく形成できる。また、上
記ウエハ受容面３の全体に熱を均一に伝達するための空
洞部８にはウエハ受容面３にウエハ２を吸着固定するた
めの複数の真空吸引孔７と真空排気系統に接続するため
の真空吸引路９とが連通するので、真空チャックタイプ
としてのサセプタ１Ａがその内部に上記空洞部８を有し
ても、サセプタ１Ａの厚さが薄く、サセプタ１Ａが簡素
な構造で小形に形成できる。

【００２１】実施例４． 上記実施例３では空洞部８をサセプタ１Ａの中央部一箇
所だけに設けたが、この実施例４は図５に示すように空
洞部８を複数のブロックに分けてある。つまり、図５は
この発明の実施例４としての真空チャックタイプのウエ
ハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ図はｂ
図のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図、ｂ図はａ図のＢ
−Ｂ線に相当する全体の断面図である。この図５におい
て、サセプタ１Ａは内側空洞部１２と外側空洞部１３と
から構成される空洞部８を有する。内側空洞部１２はサ
セプタ１Ａの内部にウエハ受容面３と同軸またはほぼ同
軸の円形に形成され、この内側空洞部１２は最外周円上
以外の同心円上に位置する真空吸引孔７に連通する。外
側空洞部１３は内側空洞部１２の外側に離間して配置さ
れ、外側空洞部１３は内側空洞部１２と同軸またはほぼ
同軸の環状に形成されている。これら内側空洞部１２と
外側空洞部１３それぞれには真空吸引路９，１４と希釈
ガス導入路１０、１５とが連通される。この内側空洞部
１２に連なる真空吸引路９と外側空洞部１３に連なる真
空吸引路１４とはｂ図に示すように互いに上下で重なら
ないように周方向に位置をずらして等分配置され、内側
空洞部１２に連なる希釈ガス導入路１０と外側空洞部１
３に連なる希釈ガス導入路１５とはｂ図に示すように互
いに上下で重ならないように周方向に位置をずらして直
径線上で対向するように配置されている。

【００２２】したがって、この実施例４によれば、サセ
プタ１Ａは内側空洞部１２と外側空洞部１３と言う複数
のブロックに区分された空洞部８を有しているので、上
記真空吸引でウエハ２をａ図に仮想線で示すように保持
し、図外の半導体製造装置で反応ガスとの熱化学反応に
てウエハ２の表面に薄膜を形成する場合、半導体製造装
置のヒータによるサセプタ１Ａの加熱の仕方に応じ、内
側空洞部１２内の圧力と外側空洞部１３内の圧力とを独
立に変えることによって、ウエハ２の表面の温度分布が
均一となるように調整でき、稀釈ガス導入路１０，１５
より稀釈ガスを多量に流すことによって、結果として、
ウエハ２の表面温度は時間的に揺らぐことはなくなり、
ウエハ２の表面には均一な膜厚分布の薄膜が再現性よく
形成できる。内側空洞部１２と外側空洞部１３の圧力を
独立に変えるのは、内側空洞部１２と外側空洞部１３と
を例えば別々の真空ポンプで引くか、１台の真空ポンプ
でコンダクタンスを別々に変えられるように真空バルブ
を設けることによって実現できる。

【００２３】実施例５． 図６はこの発明の実施例５としての真空チャックタイプ
のウエハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ
図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図、ｂ図はａ
図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図である。この図６
において、サセプタ１Ａのウエハ２よりも大きな外径を
有する平坦なウエハ受容面３には複数の真空吸引孔７が
形成され、これら複数の真空吸引孔７はサセプタ１Ａの
内部に形成された空洞部８に貫通し、この空洞部８の内
周面にはサセプタ１Ａの外周面に貫通する真空吸引路９
が形成され、この真空吸引路９の空洞部８側には細い高
熱伝導ガス導入路１６が形成され、この高熱伝導ガス導
入路１６はサセプタ１Ａの外周面に貫通している。この
高熱伝導ガス導入路１６と真空吸引路９とはｂ図に示す
ように互いに上下に重なるように位置しサセプタ１Ａの
周方向に等分配置されている。このサセプタ１Ａはａ図
に示すＢ−Ｂ線部分で上下に２分割された分割体から単
体に構成されている。具体的には上下の分割体それぞれ
に真空吸引孔７、空洞部８、真空吸引路９および高熱伝
導ガス導入路１６などを形成し、その上下の分割体の分
割面を摺り合わせ加工して重合して単体のサセプタ１Ａ
とし、このサセプタ１Ａの外周部を図外の反応ガスとの
熱化学反応にてウエハ２の表面に薄膜を形成する半導製
造体装置のサセプタ支持部材で上下より挟持する。この
挟持状態において、上記真空吸引路９のサセプタ１Ａの
外周面側開口が図外の真空ポンプの吸引口部に真空バル
ブや排気管路などの排気系統を介して接続され、上記高
熱伝導ガス導入路１６のサセプタ１Ａ外周面側が図外の
高熱伝導供給ボンベの出口部にガスバルブや供給管路な
どの供給系統を介して接続される。よって、サセプタ１
Ａのウエハ受容面３にウエハ２を接触または接触する程
度の近傍に配置し、図外の真空ポンプを起動して真空吸
引路９，１１、空洞部８および真空吸引孔７の排気を開
始すると、複数の真空吸引孔７内の圧力と外部圧力との
間に生じる圧力差によってウエハ２がサセプタ１Ａのウ
エハ受容面３に吸着固定される。

【００２４】したがって、この実施例５によれば、サセ
プタ１Ａは複数の真空吸引孔７を真空排気系統に接続す
るための真空吸引路９に形成された高熱伝導ガス導入路
１６を有しているので、上記真空吸引でウエハ２をａ図
に仮想線で示すように保持し、図外の半導体製造装置で
反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面に薄膜を形
成する場合、ウエハ２の真空吸着のために吸い込むガス
を空洞部８からサセプタ１Ａ外へ排気するために設けら
れた真空吸引路９に、細い高熱伝導ガス導入路１６から
Ｈ_２やＨｅのような熱伝導率の高いガス、あるいはＮＨ
_３のような熱分解により熱伝導率の高いガスに分解する
ガスを供給することによって、真空吸引路９による熱伝
達率を改善し、ウエハ２の表面温度分布が均一となり、
均一な膜厚分布の薄膜を形成することができる。また、
高熱伝導ガス導入路１６と真空吸引路９とがサセプタ１
Ａの周方向に等分配置されるので、高熱伝導ガス導入路
１６からサセプタ１Ａへの熱が等分に分配でき、熱伝達
率の改善が良好となる。加えて、高熱伝導ガス導入路１
６が真空吸引路９と互いに上下に重なるように位置する
ので、サセプタ１Ａに高熱伝導ガス導入路１６を形成す
る場合、サセプタ１Ａの一方の分割体に形成された真空
吸引路９の分割面側のから縦孔を穴あけ加工し、同分割
体の外周面から真空吸引路９に沿う横孔を穴あけ加工
し、この横孔を上記縦孔に貫通することによって上記高
熱伝導ガス導入路１６が構成できるので、サセプタ１Ａ
の外周面と真空吸引路９とに連通する高熱伝導ガス導入
路１６をサセプタ１Ａに容易に形成できる。

【００２５】実施例６． 上記実施例５では空洞部８を設けたが、この実施例６は
図７に示すように空洞部８を設けずに真空吸引孔７と真
空吸引路９と高熱伝導ガス導入路１６とを複数のブロッ
クに分けてある。つまり、図７はこの発明の実施例６と
しての真空チャックタイプのウエハチャック装置のサセ
プタを示す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当す
る全体の断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体
の断面図である。この図７において、サセプタ１Ａは複
数の真空吸引孔７と複数の真空吸引路９と複数の高熱伝
導ガス導入路１６とを有する。複数の真空吸引孔７はウ
エハ受容面３の中心を中心とする複数の同心円上に等分
配置して形成されている。複数の真空吸引路９はｂ図に
示すようにサセプタ１Ａの周方向に等分配置され、これ
ら複数の真空吸引路９それぞれは最内周円上に位置する
真空吸引孔７側で閉鎖されているとともにサセプタ１Ａ
の外周面に開口され、真空吸引路９それぞれには上記複
数の同心円上に等分配置された複数の真空吸引孔７が連
通されている。つまり、上記複数の真空吸引孔７は、複
数の同心円上において複数の真空吸引路９の真下に位置
するように等分配置されている。複数の真空吸引路９そ
れぞれの閉鎖端部には複数の細い高熱伝導ガス導入路１
６が個別に連通される。これら複数の高熱伝導ガス導入
路１６はｂ図に示すように複数の真空吸引路９と互いに
上下に位置するように複数の真空吸引路９に沿いサセプ
タ１Ａの外周側に向けて延びてサセプタ１Ａの外周側に
開口している。

【００２６】したがって、この実施例６によれば、サセ
プタ１Ａは複数のブロックに分けた真空吸引孔７と真空
吸引路９と高熱伝導ガス導入路１６とを有しているの
で、その複数のブロックに分けた真空吸引路９に、図外
の反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面に薄膜を
形成する半導体製造装置のヒータによるサセプタ１Ａの
加熱の仕方に応じて独立に細い高熱伝導ガス導入路１６
から熱伝導率の高いガス、あるいは熱分解により熱伝導
率の高いガスに分解するガスを供給することによって、
真空吸引路９による熱伝達率を改善し、ウエハ２の表面
温度分布を均一にでき、結果として、ウエハ２の表面温
度は時間的に揺らぐことはなくなり、ウエハ２の表面に
は均一な膜厚分布の薄膜が再現性よく形成できる。ま
た、高熱伝導ガス導入路１６と真空吸引路９とがサセプ
タ１Ａの周方向に等分配置されるので、高熱伝導ガス導
入路１６からサセプタ１Ａへの熱が等分に分配でき、熱
伝達率の改善が良好となる。加えて、高熱伝導ガス導入
路１６が真空吸引路９と互いに上下に重なるように位置
し、この高熱ガス導入路１６が最内周円上の真空吸引孔
７と対向する位置で真空吸引路９に連通しているので、
サセプタ１Ａに高熱伝導ガス導入路１６を形成する場
合、サセプタ１Ａに形成された最内周円上の真空吸引孔
７のウエハ受容面３側から縦孔を穴あけ加工し、同サセ
プタ１Ａの外周面から真空吸引路９に沿う横孔を穴あけ
加工し、この横孔を上記縦孔に貫通することによって上
記高熱伝導ガス導入路１６が構成できるので、サセプタ
１Ａを分割することなく単体のまま、サセプタ１Ａの外
周面と真空吸引路９とに連通する高熱伝導ガス導入路１
６をサセプタ１Ａに容易に形成できる。

【００２７】実施例７． 図８はこの発明の実施例７としての真空チャックタイプ
のウエハチャック装置のサセプタを示す図であって、ａ
図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図、ｂ図はａ
図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図である。この図８
において、サセプタ１Ａのウエハ２よりも大きな外径を
有する平坦なウエハ受容面３には複数の真空吸引孔７が
形成され、これら複数の真空吸引孔７はサセプタ１Ａの
内部に形成された空洞部８に貫通し、この空洞部８の内
周面にはサセプタ１Ａの外周面に貫通する真空吸引路９
が形成され、このサセプタ１Ａには熱輻射安定膜１７が
あらかじめコ−ティングされている。このサセプタ１Ａ
を図外の反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面に
ＳｉＮの薄膜を形成する半導体装置に使用する場合、熱
輻射安定膜１７はＳｉＮを素材とするのが最適である。
要するに、熱輻射安定膜１７はウエハ２に成膜する薄膜
の素材と同じ素材とするのが最適である。このサセプタ
１Ａはａ図に示すＢ−Ｂ線部分で上下に二分割された分
割体から単体に構成されている。具体的には上下の分割
体それぞれに真空吸引孔７、空洞部８および真空吸引路
９などを形成し、その上下の分割体それぞれを個別に図
外の反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表面に薄膜
を形成する半導製造体装置に入れて、上下の分割体それ
ぞれの全表面に熱輻射安定膜１７をコ−ティングする。
これによって、熱輻射安定膜１７は上下の分割体、真空
吸引孔７、空洞部８および真空吸引路９それぞれの表面
にコ−ティングされる。そして、熱輻射安定膜１７のコ
−ティングされた上下分割体の分割面を摺り合わせ加工
して重合して単体のサセプタ１Ａとし、このサセプタ１
Ａの外周部が図外の反応ガスとの熱化学反応にてウエハ
２の表面にＳｉＮの薄膜を形成する半導体製造装置のサ
セプタ支持部材で上下より支持される。この挟持状態に
おいて、上記真空吸引路９のサセプタ１Ａの外周面側開
口が図外の真空ポンプの吸引口部に真空バルブや排気管
路などの排気系統を介して接続される。よって、サセプ
タ１Ａのウエハ受容面３にウエハ２を接触または接触す
る程度の近傍に配置し、図外の真空ポンプを起動して真
空吸引路９、空洞部８および真空吸引孔７の排気を開始
すると、複数の真空吸引孔７内の圧力と外部圧力との間
に生じる圧力差によってウエハ２がサセプタ１Ａのウエ
ハ受容面３に吸着固定される。

【００２８】したがって、この実施例７によれば、サセ
プタ１Ａは熱輻射安定膜１７が真空吸引孔７、空洞部
８、真空吸引路９および分割面を含むサセプタ１Ａの全
表面にコ−ティングされているので、上記真空吸引でウ
エハ２をａ図に仮想線で示すように保持し、図外の半導
体製造装置で反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２の表
面に薄膜を形成する場合、ウエハ２への成膜を繰り返し
ても、サセプタ１Ａ表面の熱輻射率は変化せず、熱がサ
セプタ１Ａからウエハ２の全体に均一に伝達し、均一な
膜厚分布の薄膜を形成することができる。つまり、サセ
プタ１Ａのウエハ２から露出している部分からの放熱に
関し実験したところ、周辺低温部への輻射による熱損失
が熱輻射安定膜１７の厚み方向への伝熱による熱損失よ
りも桁違いに大きいことがわかり、熱輻射安定膜１７の
材質による熱輻射が重要であって、熱輻射安定膜１７の
厚さはほとんど関係ないことが確認できた。この実験結
果によって、上記ウエハ２への成膜を繰り返しても、サ
セプタ１Ａ表面の熱輻射率は変化せず、ウエハ２に均一
な膜厚分布の薄膜が形成されるというわけである。ただ
し、ウエハ２への成膜を繰り返すことによって、成膜成
分が熱輻射安定膜１７の表面に付着し、その付着した成
膜成分膜の厚さが数１０μｍ以上になると、その付着し
た成膜成分膜が剥離してウエハ２を汚染する危険がある
ので、新しいサセプタ１Ａと交換した方が好ましい。

【００２９】実施例８． 上記実施例７では熱輻射安定膜１７をサセプタ１Ａの全
表面にコーティングしたが、この実施例８は図９に示す
ように熱輻射安定膜１７をサセプタ１Ａの反応ガスに触
れる表面にのみコーティングしてある。つまり、図９は
この発明の実施例８としての真空チャックタイプのウエ
ハチャック装置のサセプタを示す断面図である。この図
９において、サセプタ１Ａを構成する上下の分割体それ
ぞれに真空吸引孔７、空洞部８および真空吸引路９など
を形成し、上下分割体の分割面を摺り合わせ加工して重
合して単体のサセプタ１Ａとし、この単体となったサセ
プタ１Ａを図外の反応ガスとの熱化学反応にてウエハ２
の表面にＳｉＮの薄膜を形成する半導体製造装置に入
れ、このサセプタ１Ａのウエハ受容面３を半導体製造装
置の反応室側に向け、サセプタ１Ａをサセプタ支持部材
で上下より挟持し、サセプタ１Ａの全表面に熱輻射安定
膜１７をコ−ティングする。このコ−ティング時におい
て、反応ガスがサセプタ支持部材によってサセプタ１Ａ
の上面に行くことができず、サセプタ１Ａの上面が反応
ガスに触れることがないので、熱輻射安定膜１７はサセ
プタ１Ａの上面の除き、サセプタ１Ａのウエハ受容面
３、サセプタ１Ａの外周面、真空吸引孔７、空洞部８お
よび真空吸引路９それぞれの表面にコ−ティングされ
る。

【００３０】したがって、この実施例８によれば、サセ
プタ１Ａは熱輻射安定膜１７がサセプタ１Ａの反応ガス
に触れる表面にのみコーティングされているので、真空
吸引でウエハ２をａ図に仮想線で示すように保持し、図
外の半導体製造装置で反応ガスとの熱化学反応にてウエ
ハ２の表面に薄膜を形成する場合、熱輻射安定膜１７が
サセプタ１Ａとしての複数の分割体を一体不可分に被覆
して包持し、熱輻射安定膜１７が複数の分割体の重合面
間に形成される微細な隙間をサセプタ１Ａの外周面側で
密封する。結果として、サセプタ１Ａを構成する複数の
分割体の重合面間から空洞部８や真空吸引路９へのガス
の流入が阻止でき、ウエハ２への成膜を繰り返しても、
サセプタ１Ａ表面の熱輻射率は変化せず、ウエハ２に均
一な膜厚分布の薄膜が再現性よく形成できる。

【００３１】実施例９． 図１０はこの発明の実施例９の半導体製造方法に使用す
る反応ガスとの熱化学反応にてウエハの表面にＳｉＮの
薄膜を形成する半導体製造装置を示す縦断面図、図１１
は図１０のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図である。こ
の実施例９は図１０と図１１とに示す半導体製造装置に
てウエハ２の成膜前にサセプタ１Ａに熱輻射安定膜１７
をコーティングすることに特徴があり、この熱輻射安定
膜１７をコーティングするサセプタ１Ａとしては上記実
施例８と同様のものを図示して説明する。図１０と図１
１とにおいて、チャンバ２０内にはヒータ室２１と反応
室２２とが上下に区分され、このヒータ室２１と反応室
２２との境には真空チャック機能を有するサセプタ１Ａ
が配置され、このサセプタ１Ａはその外周部が上下より
石英製の断熱リング２３，２４で挟持され、この上下の
断熱リング２３，２４それぞれはチャンバ２０にサセプ
タ支持部材２５，２６にて取り付けられている。この断
熱リング２３，２４で挟持された直後におけるサセプタ
１Ａは上下の分割体それぞれに真空吸引孔７、空洞部８
および真空吸引路９などを形成し、上下分割体の分割面
を摺り合わせ加工して重合して単体構成された状態であ
って、熱輻射安定膜１７がコーティングされていない状
態であり、ウエハ受容面３が反応室２２に向けられ、こ
れらサセプタ１と上下の断熱リング２３，２４と上下の
支持部材２５，２６およびチャンバ２０を構成する側面
とによってサセプタ１の外周部に開口する真空吸引路９
に連通する閉環状の真空チャック内圧室２７が区画形成
される。この真空チャック内圧室２７を構成するチャン
バ２０の側面の外側には真空排気系統との開閉を行う真
空バルブ２８が設けられている。上記反応室２２にはそ
の底面より突出するガスノズル２９が配置され、このガ
スノズル２９の内側に位置する反応室２２の底面には反
応ガス供給系統に接続される反応ガス導入孔３０が形成
され、ガスノズル２９の外側に位置する反応室２２の底
面には反応ガス排出孔３１が形成されている。ガスノズ
ル２９の上面は複数の反応ガス噴射孔３２が形成された
ガスノズルヘッド３３になっている。このガスノズルヘ
ッド３３とサセプタ１Ａのウエハ受容面３との間には反
応空間３４が形成され、反応室２２の側面には図外のロ
ードロック室との開閉を行うためのロードロックバルブ
３５が設けられている。上記ヒータ室２１にはウエハ加
熱源としてのヒータ３６が配置され、このヒータ３６は
サセプタ１Ａにスペーサ３７を介在させて載せてある
が、このヒータ３６はヒータ室２１を構成する壁面より
吊り下げてもよい。ヒータ室２１には真空排気ポート３
８とＮ_２のような不活性ガス流入孔３９とが設けられて
いる。また、例えばヒータ室２１は９０Ｔｏｒｒ、反応
室２２は３０Ｔｏｒｒ、真空チャック内圧室２７は２６
Ｔｏｒｒというように、ヒータ室２１と反応室２２と真
空チャック内圧室２７それぞれは異なる圧力に調整され
る。

【００３２】したがって、この実施例９によれば、真空
吸引孔７、空洞部８および真空吸引路９などを有して重
合単体に構成されたサセプタ１Ａがヒータ室２１と反応
室２２との境で上下の断熱リング２３，２４にて支持さ
れた状態において、ロードロックバルブ３５と真空バル
ブ２８とを閉じ、ウエハチャックのための真空吸引を止
め、サセプタ１Ａがウエハ２を保持しない状態とし、ヒ
ータ３６でサセプタ１Ａを加熱し、ガスノズル２９から
反応空間３４に向けて反応ガスを流すことによって、こ
の反応ガスがヒータ３６によって加熱されたサセプタ１
Ａに供給され、サセプタ１Ａの反応ガスに触れる表面に
ＳｉＮなる熱輻射安定膜１７が形成される。つまり、こ
の実施例９よれば、ウエハ２への成膜前に、サセプタ１
Ａの反応ガスに触れる表面に図１０に示すように例えば
０．１〜３０μｍの厚さのＳｉＮなる熱輻射安定膜１７
を形成しておく。なお、サセプタ１Ａは爪チャックタイ
プのウエハチャック装置のサセプタ１でもよいことは言
うまでもない。このようにサセプタ１Ａに熱輻射安定膜
１７を形成した後、ロードロックバルブ３５を開き、図
外のウエハ２をロードロック室から反応室２２へと搬入
し、ロードロックバルブ３５を閉じ、ウエハ２をサセプ
タ１Ａのウエハ受容面３に接触または接触する程度の近
傍に配置し、真空バルブ２８を開いてサセプタ１Ａの真
空吸引路９、空洞部８および真空吸引孔７の排気を開始
し、ウエハ２をサセプタ１Ａのウエハ受容面３に吸着固
定し、このウエハ２への本来のＳｉＮなる薄膜の形成を
開始する。結果として、この実施例９によれば、サセプ
タ１Ａへの熱輻射安定膜１７形成とウエハ２への薄膜形
成とを同じ装置で行うので作業性がよくなる。

【００３３】実施例１０． 上記実施例９ではウエハチャックのための真空吸引を止
めてサセプタ１Ａへの熱輻射安定膜１７を形成したが、
この実施例１０はウエハチャックのための真空吸引を行
いながらサセプタ１Ａへの熱輻射安定膜１７を形成する
ことに特徴がある。つまり、図１０と図１１とにおい
て、サセプタ１Ａをヒータ室２１と反応室２２との境に
設置し、サセプタ１Ａにウエハ２を取り付けない状態
で、真空バルブ２８を開き、ウエハチャックのための真
空吸引を行いながらサセプタ１Ａの全表面にＳｉＮを熱
輻射安定膜１７をサセプタ１Ａの反応ガスに触れる表面
にのみコーティングすることによって、上記実施例９と
同様に適用できる。

【００３４】実施例１１． 図１２はこの発明の実施例１１としての半導体製造装置
を示す縦断面図、図１３は図１２のＡ−Ａ線に相当する
全体の断面図である。この実施例１１は図１２と図１３
とに示すように半導体製造装置のガスノズル２９にガス
ノズルハット４０を設けてウエハ２の表面の温度分布を
均一にすることに特徴があり、爪チャックタイプのウエ
ハチャック装置を例として図示して説明する。図１２と
図１３とにおいて、チャンバ２０内に上下に区分される
ヒータ室２１と反応室２２との境には爪チャック機能を
有するサセプタ１がサセプタ支持部材２５，２６を介し
てチャンバ２０に取り付けられた石英製の断熱リング２
３，２４で挟持されて配置され、このサセプタ１との間
に反応空間３４を形成するガスノズル２９はガスノズル
ハット４０を有し、このガスノズルハット４０はガスノ
ズルヘッド３３の外周部より側方に突出し、このガスノ
ズルハット４０はガスノズルヘッド３３の周方向全域に
連続した閉環状に形成されている。このガスノズルハッ
ト４０およびガスノズル２９は熱伝導率のよい素材にて
構成される。ガスノズルハット４０はその内周部に段差
部を有し、この段差部をガスノズル２９の外周部に形成
された段差部に上方より嵌合し、ガスノズルハット４０
をガスノズル２９に装着した例を図示してあるが、上記
段差部を設けずに、内周部をガスノズル２９に溶接して
もよい。このガスノズルハット４０はガスノズル２９へ
の取り付け側でないガスノズルハット４０の先端部（外
周部）において反応室２２を構成するチャンバ２０から
離れて断熱され、このガスノズルハット４０はウエハ２
の外径よりも大きい外径を有する。このガスノズルハッ
ト４０の上面とウエハ受容面３との間には、上記ガスノ
ズルヘッド３３とサセプタ１との間に形成された反応空
間３４に連なる反応空間が形成されている。上記反応室
２２の側面にはロードロックバルブ３５を介してロード
ロック室４１が設けられ、真空チャック内圧室２７は真
空バルブ２８を有し、上記ヒータ室２１はヒータ３６と
真空排気ポート３８と不活性ガス流入孔３９とを有す
る。また、上記ウエハ２の反応室２２に向けられたウエ
ハ受容面３にはウエハ２がウエハクランプ爪５と挟持さ
れる。このウエハクランプ爪５は上下駆動機構４２の出
力軸に弾性緩衝部材４３を介在して取り付けられて昇降
駆動される。このウエハクランプ爪５は図１３に示すよ
うにウエハ受容面３の外周部に三等分配置され、ウエハ
クランプ爪５のウエハ２を挟持する先端部はウエハ２の
外周部側から内周部側に向けて細長に形成されている。

【００３５】したがって、この実施例１１によれば、ウ
エハクランプ爪５が下降限度位置に停止している状態に
おいて、ロードロックバルブ３５が開き、ウエハ２がロ
ードロック室から反応室２２のウエハクランプ爪５の真
上にまで搬入されると、上下駆動機構４２が上昇駆動
し、ウエハクランプ爪５がウエハ２を持ち上げ、このウ
エハクランプ爪５が上昇限度位置に到達する直前におい
てウエハ２がサセプタ１Ａのウエハ受容面３に接触し、
その反作用で弾性緩衝部材４３が収縮してウエハクラン
プ爪５やウエハ受容面３からウエハ２に入力されるであ
ろう衝撃を吸収し、ウエハクランプ爪５が上昇限度位置
に停止しウエハ受容面３とでウエハ２を三点で支持す
る。このウエハクランプ爪５の３点支持はウエハ２との
接触面積が最も少ない状態でウエハ２を最も安定に支持
できる。この支持状態において上記弾性緩衝部材４３の
収縮を復元しよとする弾性力によってウエハクランプ爪
５がウエハ受容面３とでウエハ２を損傷しないような適
度な力で挟持する。この後、真空吸引や反応ガス、不活
性ガスなどの導入にてヒータ室２１と反応室２２と真空
チャック内圧室２７とを所定の圧力に調整し、ヒータ３
６を加熱動作させると、ウエハ２の表面がサセプタ１を
通して７００℃程度に加熱され、ガスノズルヘッド３３
やガスノズルハット４０の表面は上記サセプタ１Ａやウ
エハ２からの輻射熱を受けて４００℃程度となる。ガス
ノズルヘッド３３やガスノズルハット４０は熱伝導が良
く、しかもガスノズルハット４０は反応室２２を構成す
るチャンバ２０と断熱されているため、ガスノズルヘッ
ド３３やガスノズルハット４０の上面内の温度分布はか
なり良好となる。また、ガスノズルハット４０はウエハ
２の外径よりも大きく、ウエハ２からガスノズル２９方
向への輻射による熱放散はウエハ２の全面にわたってほ
ぼ等しく、ウエハ２の表面の均一な温度分布が達成され
る。よって、反応空間３４において反応ガスがウエハ２
上で熱化学反応を起こし、ウエハ２上に薄膜が均一な膜
厚をもって形成される。また、上下駆動機構４２とし
て、エアシリンダ、パルスモータおよびＤＣモータなど
を使用すれば、半導体製造の空気清浄環境を汚損するこ
とを極めて少なくできる。なお、この実施例１１ではサ
セプタ１を真空チャックタイプのサセプタ１Ａに代替し
ても同様に適用できる。

【００３６】実施例１２． 上記実施例１１ではガスノズルハット４０を横方向に水
平に形成したが、この実施例１２は上傾斜状のガスノズ
ルハット４０Ａを有することに特徴があり、真空チャッ
クタイプのウエハチャック装置を例として図示して説明
する。つまり、図１４はこの発明の実施例１２としての
半導体製造装置を示す縦断面図、図１５は図１４のＡ−
Ａ線に相当する全体の断面図である。図１４と図１５と
において、閉環状のガスノズルハット４０Ａはガスノズ
ル２９側からサセプタ１の外周部側へと傾斜する上傾斜
に形成されている。このガスノズルハット４０Ａの上傾
斜面と上水平面との角部４４はサセプタ１に支持された
ウエハ２の外周部とほぼ離間して対峙するようになって
いる。この実施例１２ではサセプタ１を真空チャックタ
イプのものを例として図示したので、ウエハ２がロード
ロック室４１から反応室２２に搬入されてサセプタ１Ａ
のウエハ受容面３の真下に搬入されたら、図外のリフト
ピンが下降限度位置から上昇してウエハ２をウエハ受容
面３に接近または接近する程度に近接するように持ち上
げ、このリフトピンが上昇限度位置に停止した状態にお
いて、ウエハ２がサセプタ１からの真空吸引にてウエハ
受容面３に吸着固定され、そして、リフトピンが上昇限
度位置から下降限度位置へと下降して次のウエハ２の持
ち上げに待機する。

【００３７】したがって、この実施例１２によれば、ガ
スノズルハット４０Ａが上傾斜に形成されているので、
ウエハ２から温度の低い反応室２２を見込む割合が少な
くなり、ウエハ２外周部の温度低下が改善できる。な
お、この実施例１２ではサセプタ１Ａを爪チャックタイ
プのサセプタ１に代替しても同様に適用できる。

【００３８】実施例１３． 図１６はこの発明の実施例１３としての半導体製造装置
を示す縦断面図である。この実施例１３は図１６に示す
ように半導体製造装置の真空チャックタイプのサセプタ
１からウエハ２を取り外すときの不活性ガス圧を制御す
ることに特徴がある。つまり、図１６において、チャン
バ２０内に上下に区分されるヒータ室２１と反応室２２
との境には爪チャック機能を有するサセプタ１Ａがサセ
プタ支持部材２５，２６を介してチャンバ２０に取り付
けられた石英製の断熱リング２３，２４で挟持されて配
置され、サセプタ１の外周部に開口する真空吸引路９に
連通する真空チャック内圧室２７を構成するチャンバ２
０の側面の外側には真空バルブ２８と圧力計４５と不活
性ガスバルブ４６が接続され、真空チャック内圧室２７
と反応室２２とにはチャンバ２０の外側に配管された管
路４７が接続され、この管路４７には差圧計４８が設け
られ、この差圧計４８は真空チャック内圧室２７の圧力
と反応室２２の圧力との差圧が所定の設定値以下になっ
たとき上記不活性ガスバルブ４６を閉弁動作する。上記
反応室２２はロードロックバルブ３５とガスノズル２９
と反応空間３４と反応ガス導入孔３０と反応ガス排出孔
３１と圧力計４９とを有し、真空チャック内圧室２７は
真空バルブ２８を有し、上記ヒータ室２１はヒータ３６
と真空排気ポート３８と不活性ガス流入孔３９とを有す
る。上記圧力計４５，４９と管路４７および差圧計４８
とによってガス導入停止制御手段が構成される。

【００３９】したがって、この実施例１３によれば、真
空チャック内圧室２７には圧力計４５が接続され、反応
室２２には圧力計４９が接続され、真空チャック内圧室
２７と反応室２２とを接続する管路４７には差圧計４８
が設けられているので、反応ガスの熱化学反応でウエハ
２上に所定の膜厚の薄膜が形成された後、ウエハ２をサ
セプタ１から外す場合、真空バルブ２８を閉め、不活性
ガスバルブ４６を開けてウエハ落下用ガスとしての不活
性ガスを真空チャック内圧室２７からサセプタ１の真空
吸引路９を経て真空吸引孔７へと供給し、この真空吸引
孔７の内の圧力がウエハ２の自重以上の圧力で反応室２
２内の圧力未満となったときにガスバルブを閉めて、不
活性ガスの導入を停止するように制御する。例えば、差
圧計４８の検知動作が不作動になっており、上記不活性
ガスの導入停止制御を操作者が手動操作する場合は、上
記真空バルブ２８が閉じられ、不活性ガスバルブ４６が
開けられてから以後、操作者が圧力計４５，４９の指針
を監視し、真空チャック内圧室２７の圧力がウエハ２の
自重で落下する圧力以上で反応室２２内の圧力未満とな
るように、操作者が不活性ガスバルブ４６を閉める。ま
た、差圧計の検知動作が作動になっており、上記不活性
ガスの導入停止制御が自動制御される場合は、上記真空
バルブ２８が閉じられ、不活性ガスバルブ４６が開けら
れてから以後、差圧計４８が真空チャック内圧室２７内
の圧力と反応室２２内の圧力との差圧を検知し、この差
圧があらかじめ定められた所定値以下になったとき、差
圧計４８が不活性ガスバルブ４６を閉じる。結果とし
て、サセプタ１Ａの真空吸引孔７内の圧力と反応室２２
内の圧力との差圧がウエハ２の自重未満で近似すると、
ウエハ２が自重でサセプタ１Ａのウエハ受容面３から外
れて落下して図外の搬送装置に受け止められる。このウ
エハ２がサセプタ１Ａか外れるとき、サセプタ１Ａの真
空吸引孔７から不活性ガスが反応室２２内に吹き出す
が、この不活性ガスの圧力は反応室２２内の圧力との差
がウエハ２の自重未満で近似しているので、反応室２２
内の露出する部分の付着物を吹き上げることが阻止で
き、ウエハ２が付着物で汚染される不都合はない。

【００４０】実施例１４． 図１７はこの発明の実施例１４を説明するためにＪ．
Ａ．Ｐ、ＶＯＬ．６９、Ｎｏ．１２、１５Ｊｕｎｅ１９
９１から出典したＮＨ_３ガスの分解の温度依存性を示す
図、図１８はこの実施例１４を説明するために本発明者
らが行った実験結果としてのＳｉＮ屈折率のＮＨ_３／Ｓ
ｉＨ_２Ｃｌ_２流量比依存性を示す図である。この実施例
１４は前記実施例における半導体製造装置に真空チャッ
クタイプのウエハチャック装置を用いた場合に、ウエハ
受容面とウエハの外周部との接触面間からガスが入り込
むことによるウエハの外周部での温度低下を防止するた
めの適性な希釈ガスに関するものである。具体的には、
希釈ガスは熱分解により熱伝導率が高いガスに分解する
ガスで反応ガスを希釈することによって、サセプタ内に
形成された真空チャックのための真空室内に吸い込まれ
るガスの伝熱割合を増加して、ウエハの外周部での温度
低下を防止する。

【００４１】例えば、反応ガスとの熱化学反応にてウエ
ハの表面に薄膜を形成する半導体製造装置の反応ガスと
してＮＨ_３／ＳｉＨ_２Ｃｌ_２を用い、そのＮＨ_３／Ｓｉ
Ｈ_２Ｃｌ_２の流量比は４〜６倍程度とされ、希釈ガスと
してＨ_２またはＮ_２を用いるのが一般的である。そし
て、前述した理由によって、平坦なウエハ受容面を有す
るサセプタを用い、希釈ガスとしてＮ_２を用いた場合は
ウエハの外周部で膜厚がやや低下し、希釈ガスとして熱
伝導率の高いＨ_２を用いた場合は膜厚低下は改善される
ものの爆縮の心配があることから希釈ガスとして適当と
は言えなかった。

【００４２】そこで、反応ガスをＮＨ_３で希釈すること
を考えた。ウエハにＳｉＮの薄膜を形成する場合、ウエ
ハの表面温度は７００℃程度で、ヒータ温度は９００〜
１０００℃近くになる。また、ＮＨ_３ガスは図１７に示
すように８００℃で激しく分解してＨ_２を形成する。よ
って、この図１７から、サセプタの高温部に触れた上記
希釈ガスとしてのＮＨ_３ガスはサセプタ近傍において分
解して高熱伝導率のＨ_２を生成し、この熱分解によって
生成されたＨ_２は量的には爆縮の心配がないとともにサ
セプタ内に形成された真空チャックのための真空室内に
吸い込まれるガスの伝熱割合を増加し、ウエハの外周部
での温度低下を防止する高熱伝導率を発揮することが理
解できるであろう。

【００４３】また、図１８に示す実験結果からも、ＮＨ
_３／ＳｉＨ_２Ｃｌ_２の流量比が６以上になると、ウエハ
表面に成膜されたＳｉＮの屈折率も飽和し、化学量組成
に近いＳｉＮ膜がウエハ表面に形成されたものと考えら
れるため、希釈ガスとしてＮＨ_３を用いても問題はない
ことがわかるであろう。

【００４４】実施例１５． 図１９はこの発明の実施例１５としての半導体製造装置
を示す縦断面図である。この図１９において、２はウエ
ハ、１７はガスノズルヘッド３３の上面にあらかじめコ
ーティングされた熱輻射安定膜、２２は反応室、３６は
ヒータ、２９はガスノズル、３１は反応ガス排出孔、３
２は反応ガス噴射孔、３３はガスノズルヘッドである。

【００４５】次に、この実施例１５の動作を説明する。
ヒータ３６に固定されたウエハ２が所定温度に加熱さ
れ、ガス噴射孔３２から反応ガスがウエハ２の全面に吹
き付けられると、この反応ガスはウエハ２の外周部側に
流れ、反応ガス排気孔３１から排気される。その結果、
ウエハ２上では熱化学反応を起こし薄膜が形成される
が、同時に加熱されたガスノズルヘッド３３にも幾分同
種の膜が形成される。しかし、ガスノズルヘッド３３に
は上記ウエハ２に形成される薄膜と同種の熱輻射安定膜
１７がコーティングされているので、薄膜形成時の付着
物は剥離しにくく、従来のようなガスノズルヘッド３３
のクリーニングを必要とせずに、輻射率は初期の状態か
ら変化しない。したがって、初期に設定した条件で長期
にわたって成膜速度、均一な分布の高い再現性が得られ
る。

【００４６】実施例１６． 図２０はこの発明の実施例１６としての半導体製造装置
を示す縦断面図である。この図２０において、ガスノズ
ルヘッド３３上にウエハ２に形成される薄膜と同種の熱
輻射安定膜１７が形成されていないこと以外は図１９と
全く同じであり、ウエハ２に薄膜を形成する条件を設定
する前に、ヒータ３６の輻射熱でガスノズルヘッド３３
を加熱し、反応ガスを流すことによって、ガスノズルヘ
ッド３３の全面にウエハ２に形成する薄膜と同種の熱輻
射安定膜１７を形成する。しかる後、条件を設定し、ウ
エハ２上への薄膜形成を始める。よって、この実施例１
６によれば、熱輻射安定膜１７をウエハ２の成膜と同じ
装置で形成するので、熱輻射安定膜１７のコーティング
ための特別な費用を必要としない。

【００４７】実施例１７． 図２１はこの発明の実施例１７としての半導体製造装置
を示す縦断面図である。この図２１において、ガスノズ
ルヘッド３３上にウエハ２に形成される薄膜と同種の熱
輻射安定膜１７が形成されていないこと以外は図１９と
全く同じであり、ウエハ２に薄膜を形成する条件を設定
する前に、輻射熱を透過する部材、例えば、石英、サフ
ァイヤガラスなどで製作したダミーウエハ２Ａを固定
し、ダミーウエハ２Ａから透過されるヒータ３６の輻射
熱でガスノズルヘッド３３を加熱し、反応ガスを流すこ
とによって、ガスノズルヘッド３３の全面にウエハ２上
に形成する薄膜と同種の熱輻射安定膜１７を形成する。
しかる後、条件を設定し、ウエハ上への薄膜形成を始め
る。よって、この実施例１７によれば、ダミーウエハ２
Ａへの熱輻射安定膜１７の形成に引き続き、ウエハ２に
薄膜を形成するので、ウエハ２への成膜が安定する。

【００４８】実施例１８． 図２２はこの発明の実施例１８としての半導体製造装置
を示す縦断面図である。この図２２において、５６はガ
スノズル２６を上下動するエアシリンダ、パルスモータ
およびＤＣモータなどの上下駆動機構、５７はベローズ
であり、上下駆動機構５６によってガスノズル２９を駆
動し、ガスノズルヘッド３３をウエハ２に薄膜を形成す
る場合よりもヒータ３６に接近させて十分に加熱し、し
かる後、反応ガスを反応ガス噴射孔３２から吹き出すこ
とによって、通常の薄膜形成処理の場合に、ガスノズル
２９に形成される速度よりも速い速度でガスノズルヘッ
ド３３の全域にウエハ２に形成する薄膜と同種の熱輻射
安定膜１７をコーティングすることができる。

【００４９】

【発明の効果】 第１の発明のウエハチャック装置は、サ
セプタでウエハを保持し、反応ガスとの熱化学反応にて
ウエハの表面に薄膜を形成する場合、高熱伝導ガス導入
路が熱伝導率の高いガス、あるいは熱分解により熱伝導
率の高いガスに分解するガスを真空吸引通路に供給して
真空吸引通路の熱伝達率を改善し、ウエハの表面温度が
時間的に揺らぐことを阻止し、ウエハに形成される薄膜
が均一な膜厚分布再現性がよくなる。

【００５０】第２の発明の半導体製造装置は、ガスノズ
ルハットがウエハからガスノズル方向への輻射による熱
放散をウエハに反射し、ウエハが均一な温度分布をな
り、ウエハに形成される薄膜が均一な膜厚分布となる。

【００５１】第３の発明の半導体製造装置は、ガスノズ
ルをウエハ加熱源に近づけて熱輻射安定膜を形成するの
で、熱輻射安定膜のコーティングが迅速に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線断面図、ｂ図は下
面図である。

【図２】実施例２のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図のｂ図のＡ−Ａ線断面図、ｂ図は下
面図である。

【図３】実施例３のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の
断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図
である。

【図４】実施例３のウエハへの薄膜の形成に際し反応室
にガスを供給するタイミングを示すガスシーケンスであ
る。

【図５】実施例４のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の
断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図
である。

【図６】実施例５のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の
断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図
である。

【図７】実施例６のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の
断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図
である。

【図８】実施例７のウエハチャック装置のサセプタを示
す図であって、ａ図はｂ図のＡ−Ａ線に相当する全体の
断面図、ｂ図はａ図のＢ−Ｂ線に相当する全体の断面図
である。

【図９】実施例８のウエハチャック装置のサセプタを示
す断面図である。

【図１０】実施例９の半導体製造方法に使用する半導体
製造装置を示す縦断面図である。

【図１１】図１０のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図で
ある。

【図１２】実施例１１の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図１３】図１２のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図で
ある。

【図１４】実施例１２の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図１５】図１４のＡ−Ａ線に相当する全体の断面図で
ある。

【図１６】実施例１３の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図１７】実施例１４を説明するためのＮＨ_３ガスの分
解の温度依存性を示す図である。

【図１８】実施例１４の実験結果としてのＳｉＮ屈折率
のＮＨ_３／ＳｉＨ_２Ｃｌ_２流量比依存性を示す図であ
る。

【図１９】実施例１５の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図２０】実施例１６の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図２１】実施例１７の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図２２】実施例１８の半導体製造装置を示す縦断面図
である。

【図２３】従来のウエハチャック装置を示す図であっ
て、ａ図は上面図、同ｂ図はａ図のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図２４】従来の半導体製造装置を示す縦断面図であ
る。

【図２５】従来の作用を説明するための図である。

【符号の簡単な説明】

１，１Ａ サセプタ ２ ウエハ ２Ａ ダミーウエハ ３ ウエハ受容面 ４ 凹部 ７ 真空吸引孔（真空吸引通路） ８ 空洞部 ９ 真空吸引路（真空吸引通路） １６ 高熱伝導ガス導入路 １７ 熱輻射安定膜 ２０ チャンバ ２９ ガスノズル ４０，４０Ａ ガスノズルハット ５６ 上下駆動機構 ４５ 圧力計 ４７ 管路 ４８ 差圧計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草壁 嘉彦 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 木之下 儀美 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 北野 勝久 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 吉田 和夫 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 蔦原 晃一郎 伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機株式 会社 北伊丹製作所内 (72)発明者 平松 健司 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 山西 健一郎 尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三菱電 機株式会社 生産技術研究所内 (72)発明者 野口 利彦 福岡市西区今宿東一丁目１番１号 三菱 電機株式会社 福岡製作所内 (56)参考文献 特開 平４−289168（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299832（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−234391（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−228569（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−194965（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−217912（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−277627（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−259083（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−20975（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−326425（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−49648（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/31 C23C 16/455 C23C 16/458 C23C 16/46 H01L 21/68

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体装置の基体を構成するウエハを真
   空吸着にて保持するサセプタを備えたウエハチャック装
   置において、上記サセプタの内部には熱伝導率の高いガ
   スまたは熱伝導率の高いガスに熱分解するガスを導入す
   るための高熱伝導ガス導入路が形成され、この高熱伝導
   ガス導入路がウエハの真空吸着用のガス真空吸引通路に
   連通されたことを特徴とするウエハチャック装置。
2. 【請求項２】 反応室内にガスノズルとウエハチャック
   とを有し、このガスノズルから反応ガスを半導体装置の
   基体を構成するウエハの表面に供給し、この反応ガスの
   熱化学反応にてウエハの表面に薄膜を形成する半導体製
   造装置において、上記ウエハチャックが請求項１記載の
   ウエハチャック装置であり、上記ガスノズルの外周部に
   は反応室を構成するチャンバおよびウエハと離間断熱さ
   れたガスノズルハットが設けられたことを特徴とする半
   導体製造装置。
3. 【請求項３】 反応室内にガスノズルを有し、このガス
   ノズルから反応ガスを半導体装置の基体を構成するウエ
   ハの表面に供給するとともに、このウエハをウエハ加熱
   源にて加熱することによって反応ガスの熱化学反応にて
   ウエハの表面に薄膜を形成する半導体製造装置におい
   て、上記ガスノズルにはウエハ表面に形成される薄膜と
   同種の熱輻射安定膜をコーティングする際に同ガスノズ
   ルをウエハの表面に薄膜を形成するときよりも上記ウエ
   ハ加熱源に近づける上下駆動機構を備えたことを特徴と
   する半導体製造装置。